關(guān)于臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用分析

劉勝祥

摘 要：臨界流文丘里噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在氣體流量計(jì)的檢定及校準(zhǔn)中得到了廣泛應(yīng)用，成為量值傳遞主要方式，使得臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：臨界流文丘里噴嘴；檢定；氣體流量計(jì)；量值傳遞

1 臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置按照氣源可以分為正壓法和負(fù)壓法兩種方式。其中，正壓法主要是采用天然氣或壓縮空氣為氣源，可以在不同壓力點(diǎn)下對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量，與負(fù)壓法相比，更接近于被檢表的工況。其缺點(diǎn)是噴嘴對(duì)上游滯止壓力的穩(wěn)定性要求比較高，投入成本很高，且不易實(shí)現(xiàn)；而負(fù)壓法是采用真空裝置在臨界流文丘里噴嘴下游來抽取真空，而形成噴嘴所需的臨界流條件，流量穩(wěn)定，且成本投入低，但受壓力和測(cè)量范圍所限。

2臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理

臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由自動(dòng)化控制系統(tǒng)、壓力變送器、溫度變送器、緩沖容器、文丘里噴嘴、真空泵等組成。根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)原理，當(dāng)氣體通過臨界流文丘里噴嘴上、下游的壓力比達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，氣體達(dá)到最大速度。此時(shí)流過噴嘴的氣體的流量只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關(guān)，滯止容器需要測(cè)溫、測(cè)壓，代入公式計(jì)算可得到通過臨界流文丘里噴嘴的質(zhì)量流量，通過測(cè)量被檢表處的溫度和壓力，可以計(jì)算出空氣密度，再加上濕度修正進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)體積流量。

3臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用分析

3.1臨界流文丘里噴嘴理論計(jì)算及壓力變送器的檢測(cè)運(yùn)用。

對(duì)于上述公式中每個(gè)參數(shù)都必須準(zhǔn)確可靠才能保證整套標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度。對(duì)于公式里的一些固定值，不同地區(qū)不同環(huán)境流出函數(shù)C*和氣體常數(shù)R存在一定的差別，可根據(jù)實(shí)際工況而定；目前計(jì)算氣體工況體積流量的算法大致存在兩種方法，一種是用噴嘴的質(zhì)量流量除以工況密度所得；另一種算法是用氣體的質(zhì)量流量除以標(biāo)況密度得到標(biāo)況體積流量，再根據(jù)氣體狀態(tài)方程計(jì)算出氣體的工況體積流量，由于對(duì)于氣體的工況密度算法目前存在多種算法和修正，所以兩種算法存在一定的差距，這主要是由于不同的臨界流文丘噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置生產(chǎn)廠家所用的計(jì)算公式不同。

在噴嘴流量的計(jì)算過程中有溫度、壓力、濕度的參與計(jì)算，這是除噴嘴以外決定量值能否準(zhǔn)確傳遞的關(guān)鍵因素。下面是兩臺(tái)不同生產(chǎn)廠家的壓力變送器的在同一標(biāo)準(zhǔn)壓力值下不同安裝方式的測(cè)量數(shù)據(jù)：

由上表可看出，取壓口垂直向下的和垂直向上安裝最少相差0.45kPa，這可能導(dǎo)致整套裝置的測(cè)量結(jié)果超過0.4%的影響。所以在對(duì)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置上的壓力變送器進(jìn)行周期檢定或校準(zhǔn)時(shí)取壓口必須和現(xiàn)場(chǎng)安裝一致，也可以選擇不拆下現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)使用。

3.2密封性的檢測(cè)

在對(duì)靜態(tài)密封性進(jìn)行檢測(cè)的過程中，要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的密封性進(jìn)行檢查，從而保證臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作正常。如果要對(duì)裝置密封性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的檢測(cè)，最好采用雙閥密封的方法，也就是在噴嘴組的每個(gè)噴嘴下游安裝雙閥門，并且在雙密封法之間安裝壓力檢測(cè)裝置，并根據(jù)雙閥門之間的壓力變化，對(duì)閥門的密封情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)（見圖1），而利用這種檢測(cè)方法，不僅能夠起到“雙保險(xiǎn)”的作用，還能夠有效減少因閥門泄漏而造成裝置密封不嚴(yán)的問題。同時(shí)，通過在兩個(gè)閥門中間設(shè)置測(cè)壓孔，能夠?qū)娮焐舷掠尾钸M(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并且將差壓變送器的輸出信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)，從而根據(jù)計(jì)算機(jī)的顯示來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閥門的密封情況。

對(duì)于一些早期或未裝有雙閥密封的臨界流文丘里音速噴嘴的標(biāo)準(zhǔn)裝置建議每周進(jìn)行一次密封性檢測(cè)?？稍跍谷萜魃习惭b一個(gè)壓力表或壓力變送器可采用正壓法和負(fù)壓法進(jìn)行密封性檢查，簡(jiǎn)述而言就是從滯止容器中充氣或抽真空，過段時(shí)間讀取一次壓力值，看壓力值的變化判斷是否有漏氣現(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)泄漏問題，就要及時(shí)尋找泄漏部位，并采取有效措施進(jìn)行及時(shí)解決。

3.3臨界流文丘里噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置工作狀態(tài)的檢測(cè)（期間核查）

對(duì)于臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作狀態(tài)的檢測(cè)，第一種方法是選擇一臺(tái)性能穩(wěn)定的流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，通過不同噴嘴組合出相近的流量點(diǎn)，測(cè)出流量計(jì)的儀表系數(shù)或示值誤差，分析其不確定是否符合標(biāo)準(zhǔn)，以確定標(biāo)準(zhǔn)裝置工作狀態(tài)；另一種方法就是選擇量值傳遞法，同樣選擇一臺(tái)性能穩(wěn)定的流量計(jì)在準(zhǔn)確度更高的標(biāo)準(zhǔn)裝置上測(cè)量流量計(jì)的儀表系數(shù)或示值誤差，再用噴嘴裝置測(cè)量同一流量點(diǎn)的儀表系數(shù)或示值誤差，分析其不確定度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，也可確定標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作狀態(tài)。

對(duì)臨界流文丘里噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用，除了理論上的計(jì)算分析需要準(zhǔn)確無誤，實(shí)際應(yīng)用更為重要，尤其是壓力變送器的安裝方式和校準(zhǔn)方式的一致性容易被忽視；還要保證標(biāo)準(zhǔn)裝置的密封性，一定要實(shí)時(shí)或定期檢查；最后要保證裝置的工作狀態(tài)是正常，要定期用不同的方法進(jìn)行期間核查。以保證量值準(zhǔn)確可靠的傳遞。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇一林.基于高壓臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的渦輪流量計(jì)計(jì)量性能研究[D].河北大學(xué)，2017.